課程內容#
進程調度#
- 進程調度是一個內核子系統，用戶管不了
- 進程調度的主要任務是決定哪一個就緒狀態的進程先運行
- 就緒進程是非阻塞進程，已具備運行條件，不需要阻塞等待了
- 阻塞進程就是正在睡眠 [不佔用 CPU] 的進程，需要內核喚醒的進程
三態模型#
- 阻塞、就緒、運行
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- 阻塞，不佔用系統資源；就緒，需要等內核調度；運行，在 IO 請求或等待某事件時阻塞
👉 五態模型
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- 加入新建態、終止態
從單任務到多任務#
- DOS 是單任務操作系統，每次只運行一個進程
- 進程交錯運行，如同多任務運行
- 多處理器可以做到真正的並行
- 並發 VS 並行
- 並發：一個時間段內有很多任務進行
- 並行：有多少個 CPU，就可以有多少個任務同時運行
- 調度的核心：運行哪個進程，運行多久
時間片#
強影響著系統的全局行為和性能
- 過長
- 👍：提升系統吞吐率和全局性能
- × ：降低了並發運行；用戶感到明顯的延遲[響應能力下降，應用過多也會導致調度間隔長]
- 過短
- 👍：提升互動性能
- × ：大量時間花在調度大；時間局部性帶來的性能提升大打折扣
- 時間局部性：緩存，記憶 [高速緩存是隨著時間慢慢建立起來的]
- 空間局部性：預先多準備部分臨近空間的數據
- 有學習、預測的意味
- 所以，時間片長短難以確定，解決方案是幹脆不用時間片，取而代之的是完全公平調度算法
- 系統根據就緒隊列和優先級調整策略
- 調度時間和優先級的分配，本質上是為了更好地服務於用戶，並沒有不公平
- 詳見下文 —— 完全公平調度器
處理器約束型和 IO 約束型進程#
根據進程使用 CPU 的特點劃分，取決於處理器還是 IO 用得多
- 處理器約束型
- 【一直消耗完可用時間片的進程】
- 需要獲取大量的 CPU 資源，會消耗調度器分配的全部 CPU
- 如：while (1);，很容易將 CPU 使用率達到 100%
- 對時間片的要求
- 期待更長的時間片，從而最大化緩存命中，儘快完成任務 [不會浪費資源]
- IO 約束型
- 【多數時間處於阻塞狀態或者等待資源的進程】
- 經常阻塞在文件 IO 操作上：文件，網絡，鍵盤，鼠標 [如聽音樂、打字]；或者除了請求內核執行 I/O 操作之外什麼也不做 [如 cp]
- 對時間片的要求
- 需要更短的時間片，被調度的越快，越有無縫銜接的感覺
- 進程只會運行極短的時間，然後阻塞在內核資源；會用到中斷
調度器分類#
協同式調度器#
[不干預型，實用性不高]
- 進程會一直運行直到它自己結束
- 操作系統不做任何干預
搶佔式調度器#
[時間片型]
- 內核給進程分配時間片，時間片用完，掛起該進程 [不佔用任何資源]，執行其他進程
- 沒有其他就緒的進程時，內核給已經執行過的進程重新劃分時間片
- 調度器安排進程的運行順序、時長
- [PS]
- 新建態進入就緒隊列，終止態退出就緒隊列 [五態模型]
- 考慮優先級，所有進程都有機會被運行
完全公平調度器#
[非時間片型]
CFS：Completely Fair Scheduler
- 給 N 個進程，每個進程分別分配 1 / N 的處理器時間
- 優先級和權值
- 優先級越高，值越小，權值越大
- 默認優先級為 0，權值為 1
- 目標延遲：調度的固定周期
- 最小粒度：避免目標延遲過小導致每個進程運行的時間過短
👉公平配額
提示#
- 我是一個 CPU：這個世界慢！死！了！—— 微信公眾號
- 有趣的文章，了解 CPU 和硬盤、網絡之間的速度鴻溝